浅淡虚拟现实技术在教学中的应用

卢强　童子方　李伟

【摘 要】近些年随着计算机软硬件的迭代更新，虚拟现实技术得到了迅猛发展，并且在教学领域中应用广泛。本文通过分析虚拟现实的现实特征与技术优势，进一步阐述了虚拟现实技术将对未来教学方式带来的革命性变革。

【关键词】虚拟现实；教学；应用

虚拟现实技VR（（ Virtual Reality）是上世纪八十年代的提出理论，由于受限于当时信息技术的水平，使用成本过高等因素的制约，很多理念仅仅停留于概念阶段，但是随着信息技术的日新月异，硬件技术的飞速发展，当年的技术、硬件瓶颈被打破，如今，很多理论已转化为现实的技术成果，并广泛的应用于各个行业，如军事、医疗、教育、空天、等高精尖端领域，特别是在教育方面，虚拟现实更是发挥着巨大的作用，使教育手段更加多元化，提高受教育者的学习效率，这一技术的出现必将会传统教育模式带来新一轮的变革，让现代教育方式焕发出无穷的生命力。

近期，习近平主席在参加G20工商峰会时提出“创新是从根本上打开增长之锁的钥匙。以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。”这一重要观点的提出让我们更加坚信虚拟现实技术未来广阔的前景。

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是在信息化基础上，使用计算机技术通过模拟真实的环境，虚拟出空间感、方位感，并同时模拟出环境中的声音、触感等感官刺激，营造一种身临其境的参与感，让使用者产生感觉完全处于真实环境中的意境。

VR技术的三点特性：

1）沉浸

在计算机虚拟生成出如同现实环境的虚拟空间中，随着使用者的脑部转动或身体的移动，周围的环境也也随即产生变化，通过虚拟技术无缝结合可以让使用者以第一视角体会到真实环境感觉。

2）交互

使用者在真实世界中的一切感知信息完全适应用于虚拟现实的场景，首先通过场景中的多元信息交互，然后经过信息反馈系统的大数据处理，便可实时“操作”虚拟情景中的物体。

3）思维无限延展

充分发挥使用者的无限想象空间，拓宽思维，展现人类已知的客观存在，同时也可以通过虚拟环境构建出超出客观规律的交互环境。

2 虚拟现实技术对现代教育的影响

国外专业实验室通过大量的数据得知人类获取信息的途径百分之八十五来自于视觉，百分之十来自于听觉，其余的百分之四分别为嗅觉、触觉和味觉。可见我们获取知识内容大部分源于视、听觉的感知，虚拟教学利用视觉上的感官优势，同时引入全方位的触摸感应体验，使操作者沉浸其中对学习的内容产生浓厚的兴趣。

2.1 对教学理念的颠覆性影响

虚拟教学强调人的主体地位，以往的教学模式以教师为课堂的主导地位，学生在大多数时间为被动的接受知识，这种“填鸭”式的教学方法极大的抹杀了知识接受者的的主动性与创造性，而现代的教学理念要将以往的教学模式加以颠覆，虚拟现实教学善于营造一种主动探索的学习方式，正是运用这样优点使课堂教学形式变为引导启发教学，实现教育与被教育者的完美契合，在教学过程中启发受教育者的思路，培养主动思考问题的能力，激发主动学习的积极性，使学生全身心主动投入到教学的全过程。

2.2 对教学手段的影响

虚拟现实技术融入现代教学中来，对教学的最终效果的影响是显而易见的， 它完全不同于传统教学中抽象的、单一感官的体验方式，通过计算机虚拟出仿佛置身于实景的更加直接、形象化的多重感官刺激，让学生通过与虚拟环境中设置的交互场景，体会现实生活中难以营造的真实环境，使以往晦涩、难以理解的知识点用活泼生动的形式加以表达，极大拓展了学生思维创造能力，从而进一步提高了受教育者学习的主动性。

2.3 对教学内容与展现方式的影响

虚拟教学中教学内容是决定性因素，而运用虚拟现实技术将这些内容深度加工使用通俗易懂的图像语言的形式展示出来，使受教育者通过视觉图像来读懂其中抽象的理论，从而进行更深入的理解事物的本质；教学中的展示形式不再拘泥于特定时空的的限制。有些专业着重培养学习者的动手实际操作能力，如：光学、电子、生物、化学、机械专业，但是受制与传统教学课程模式的实地操作、时间因素等影响，并不能使参与者完全体会整个流程的全部细节，虚拟现实技术可以完成现实生活中无法完成的实验或者模拟出真实环境危险系数较高的场景，如可以让学习者置身于外太空的视角用很短的时间可以看到宇宙中行星形成的整个过程；也可以模拟出危险的化学实验过程，一旦出现操作失误也不会对操作者造成生理上的损害，提高实验的安全系数，起到深入研究细节的目的，同时也能激发学习者的学习趣味，极大的提高了实验的教学水平。

3 虚拟现实技术在教学中依然存在若干问题

3.1 虚拟现实技术水平硬件功能相对落后

纵观全球各大VR技术厂商在不断在更新自己的产品结构，国产的VR厂商也在迎头跟进，硬件与技术上不断创新，但是我国VR设备受市场因素影响差距依然明显，底层系统的技术薄弱、产品功能单一、内容资源短缺、输入信号设备核心技术不高、虚拟化软件水平参差不齐等都制约着整个产业的发展。国外大公司在院校教育应用较早，谷歌公司利用自身产品技术优势深度集成各类智能终端，帮助孩子提升课堂体验，同时与公立学院合作，免费推广虚拟现实教室，而我国进入教育教学领域的公司数量有限，各个厂商之间没有明确的统一技术标准，虽然有个别高等院校已建立了虚拟现实技术实验室，已经开始着手虚拟现实的研究与技术开发，但是受制与硬件与技术上的瓶颈，如在显示上达不到双眼分辨率要求，像素块化严重；使用者长时间的佩戴，造成眩晕与手脚的不适；功能结构存在缺陷，用户亲临体验差；VR场景简单，缺乏丰富的互动性。这些原因成为我国虚拟教学发展缓慢的重要因素。

3.2 不同使用群体感触呈现差异化

根据哥德堡大学VR教育报告显示，由本校不同专业20名学生和5名教育工作者组成的调查中，通过佩戴虚拟现实装备进行学习，然后调查者统计数据发现大多数的使用者认为虚拟现实技术对与使用者本身的专业知识水平的提高有着非常大的促进作用，当然有部分的调查者表示“没有发现虚拟现实应用很有趣”。功能体验不够完善，不同年龄段的使用个体的认知程度还没有达到完全接受这种新的教学方式的程度，调查发现年轻的受教育者往往容易被新奇的虚拟场景所吸引，而年长的使用者则对于这种新的学习方式上有些顾忌，使用体验相对大打折扣，所以在教育中我们还不能以虚拟现实技术取代现实中的传统教育方式，虚拟现实教学应该成为教学中的一种新的辅助方法，应该使两者得到完美的的结合。

3.3 教学“大数据”资源内容匮乏

如今很多教育单位在平时教学音、视频资源的收集上重视程度不够。这种情况会随着未来虚拟现实在教育中的逐步广泛应用而得以改善。一套完整的虚拟教学系统要有海量丰富的视频、音频、图像等天量数据存储系统作支撑，系统通过判断使用者对虚拟场景内的互动这些数据的识别、比对、分析、重构后最终反馈出相应的多维影像，这样大量的数据就需要建立在所有的学科理论知识基础之上，平时就注重受教育者课时知识的积累，对所学知识掌握情况的反馈，科学运用教学系统记录受教育者的学习情况，以大数据模式将这些同构和异构数据重建为更加具象更加容易理解的可视化数据，使数据的实用效益得到最大转化。

3.4 网络健康状态影响VR教学效果

分布式的虚拟现实系统打破了传统固定空间的限制，让处在不同地理位置的使用者同时“进入”一个共同的虚拟空间内，共同完成一项或者多项的协同任务，在数据传输的过程中会产生大量的交互数据，当使用者出现同时上线，网络带宽就被这些数据同时挤占，服务器因频繁访问而出现无法响应，这时可能会出现个别用户无法正常登录的现象，从而严重影响了使用者的参与感受。

4 虚拟现实在未来教学中的前景

不可否认，虚拟现实技术在在教育教学领域的应用还未能达到我们的预期，但是随着科技的发展，硬件的更新换代，计算机网络不断进步、软件应用的持续丰富，重要的是内容制作者要转变以往头脑意识思维，需要不断的开拓与尝试，让虚拟现实作为一种全新的媒体教学方式，使受教育的个体得到个性化教育，这样一种新的教学方式必将为未来教学带来不可估量的作用。

【参考文献】

[1]朱斌，曹漫祥.VR技术及其在现代教学中的应用[J].中国教育信息化，2007（5）：62-64.

[2]杨秀云.谈VR技术及其在高等教育领域的应用[J].渭长春师范大学学报，2014（4）：147 -148.

[责任编辑：田吉捷]